基氏流动度在配煤炼焦中的应用

曹贵杰

（迁安中化煤化工有限责任公司，河北 迁安064400）

国内对炼焦煤性质的研究通常采用黏结指数（G）、胶质层最大厚度（Y）、奥亚膨胀度（b）等指标。这些指标由于测定方法的不同，不能同时表征煤在干馏时形成胶质体的数量和质量。

基氏流动度表征煤在热解时形成胶质体的黏度，能同时反映胶质体的数量和质量，是研究煤的流变性和热解动力学的有效手段，在区分煤的某些特性上具有明显优势。

迁安中化煤化工有限责任公司（简称迁安中化）采用常规指标研究炼焦煤性质，存在单种煤常规指标较好，但配煤后焦炭强度下降的异常现象。后于2017年新置1 台JS1-1 型基氏流动度测定仪，对迁安中化常用炼焦煤性质进行分析，并依据基氏流动度指标指导配煤，现介绍如下。

1 基氏流动度对中强黏结性煤的性能区分

迁安中化常用的两种1/3 焦煤属中强黏结性煤，其常规煤质指标及40 kg 小焦炉炼焦试验结果分别见表1、表2。由表1 可知，两种炼焦煤的G、Y、b等指标比较接近；由表2 可知，B 煤炼焦所得焦炭（简称B 焦炭）的冷态强度M10要优于A 煤炼焦所得焦炭（简称A 焦炭），但A 焦炭的热态强度CSR 较B 焦炭的好。总体上，两种1/3 焦煤性质比较接近，在配煤中可以相互替代。但在实际使用过程中发现，用B 煤替代A 煤后，焦炭的冷热态强度劣化明显。实践证明，B 煤并不能大比例替代A 煤。

表1 两种1/3 焦煤的常规煤质指标

表2 40 kg 小焦炉炼焦试验结果%

迁安中化采用JS1-1 型基氏流动度测定仪对两种1/3 焦煤检测分析，两种1/3 焦煤的基氏流动度指标见表3。由表3 可知，A 煤的最大基氏流动度和塑性温度区间均优于B 煤，表明A 煤在炼焦过程中可以产生较多的胶质体，且塑性温度区间较宽，根据塑性成焦理论，配入A 煤有利于提高焦炭质量。

表3 两种1/3 焦煤的基氏流动度指标

通过以上分析可知，相对于G、Y、b等指标相近的中强黏结性煤，基氏流动度有较好的区分能力。

2 基氏流动度特征指标与炼焦煤其他指标的关系

统计迁安中化所有入厂煤的基氏流动度指标与G值、挥发分，采用散点图，发现炼焦煤的基氏流动度指标与其挥发分、G值有一定的相关性。炼焦煤软化温度与挥发分的关系图见图1。由图1 可知，软化温度在440 ℃以上时，挥发分小于20%；软化温度在415℃～440 ℃，对应挥发分在20%～26%；软化温度小于415 ℃时，挥发分大于28%。

图1 软化温度与挥发分的关系图

炼焦煤G值与塑性温度区间关系图见图2。由图2 可知，塑性温度区间小于60 ℃时，G值小于80；塑性温度区间在60 ℃～75 ℃时，G值在80～85；塑性温度区间大于75 ℃时，G值大于85。

图2 G 值与塑性温度区间关系图

通过以上分析可知，通过对炼焦煤的基氏流动度检测，根据软化温度、塑性温度区间，可大概推测其挥发分和G值范围，再结合最大流动度数值，即可判断该炼焦煤的基本性质。

3 利用基氏流动度指导配煤炼焦

统计迁安中化入厂煤、配合煤的最大流动度，挥发分及对应的40 kg 试验焦炉冷态强度数据，采用散点图，得出M40、M10与炼焦煤基氏流动度的对数值（logαmax）的关系图见图3、图4。由图3、图4 可知，M40大于87%时，对应的最大流动度的对数值在2.1～3.0；M10小于7%时，对应的最大流动度的对数值在2.2～3.0。

图3 M40 与logαmax 的关系图

图4 M10 与Logαmax 的关系图

炼焦煤的logαmax与其挥发分的关系图见图5。由图5 可知，炼焦煤的最大流动度的对数值在2.2～3.0时，对应的炼焦煤挥发分在23%～27%，此时，焦炭冷态强度较好。因配合煤挥发分低于23%时，焦饼收缩小，易造成推焦困难，因此挥发分应控制在23%～27%，流动度的对数值在2.2～3.0 时，焦炭冷态强度较好。

图5 Logαmax 与挥发分的关系图

因焦炭热态强度受煤的灰分、成煤期等因素影响，与挥发分和基氏流动度之间关系规律性不强，故不做分析。

4 问题及建议

测定煤样的基氏流动度时存在准确性不高的问题，主要原因包括煤样存放时间长、混合不均、粒度组成不同、成型打击次数不同等，因此必须严格按照国家标准操作，并注重经验的积累和总结。

此外，同一种炼焦煤的基氏流动度数据有异常时，要结合常规指标和流动度图谱综合判断。迁安中化同一时间到厂的不同批次A 煤的煤质指标见表4。3 个批次A 煤的流动度图谱见图6～图8。由表4 可知，3 个批次A 煤的常规指标接近，但是，其最大流动度数值波动较大。由图6～图8 可知，3 个批次A 煤的塑性温度相同，均为97 ℃。图6 及图7 中最大流动度区域相对平滑，而图8 中流动度区域出现明显的陡峭尖峰后快速下降。造成该现象的原因，可能是随着加热温度升高，挥发分瞬间逸出，煤样收缩离开煤甄坩埚壁，搅拌桨旋转阻力大幅减少、旋转加快所致，但最大流动度不具有代表性，如果去掉尖峰区域，其真实值应在10 000 ddpm 以内[2]。

表4 不同批次A 煤的煤质指标

图6 第1 批次A 煤的流动度图谱

图7 第2 批次A 煤的流动度图谱

图8 第3 批次A 煤的流动度图谱

因此在基氏流动度测定过程中，要注意有无异常情况出现，并结合常规指标和流动度图谱综合判断，相互验证，科学合理指导配煤。

5 结 论

5.1 相对于常规煤质指标G值、Y值、b值等，基氏流动度对中强黏结性煤有较好的区分能力，可以解释迁安中化单种煤常规指标较好，但配煤炼焦后出现焦炭强度下降的异常现象。

5.2 炼焦煤的最大流动度和挥发分指标同时在合理范围内，可以得到冷态强度较高的焦炭。当炼焦煤最大流动度的对数值在2.2～3.0，且挥发分在23%～27%时，焦炭冷态强度较好，可达到M40＞87%，M10＜7%。

5.3 基氏流动度特征指标可反映炼焦煤的基本性质，但还需结合流动度图谱、常规指标等手段综合判断，互相验证，才能对煤质有较为科学合理的判断。